实验八金属材料的滑动摩擦磨损

实验八金属材料滑动摩擦磨损

一、实验目的

1. 了解磨损试验机的结构及磨损试验方法

2. 掌握滑动摩擦磨损的步骤及方法

二、实验原理

当在正压力作用下相互接触的两个物体受切向外力的影响而发生相对滑动，或有相对滑动的趋势时，在接触表面上就会产生抵抗滑动的阻力，这一自然现象叫做摩擦，这时所产生的阻力叫做摩擦力。从材料本身而言，任何机器在运转时，各机件之间总要发生接触和相对运动。当两个相互接触的机件表面作相对运动（滑动、滚动或滑动+滚动）时就会产生摩擦，有摩擦就会有磨损。而磨损是降低机器、工具效率、精确度甚至是使其报废的重要原因，也是造成金属材料损耗和能源消耗的重要原因。据估计，全世界大约有1/2-1/3的能源以各种形式消耗在摩擦上。因此，控制摩擦，减少磨损，改善润滑性能已成为节约能源和原材料、缩短维修时间的重要措施。润滑是降低摩擦和减少磨损的有效手段。摩擦在机械中也并非总是有害的，如带传动、汽车及拖拉机的制动器等正是靠摩擦来工作的，这时还要进行增摩技术的研究。

影响摩擦与磨损的因素很多，诸如施加压力、运动速度、工件表面质量、润滑剂及材料性能等等，所以金属的摩擦磨损特性并不是固有的，而是摩擦条件与材料性能的综合特性。因此，磨损试验方法就是指试样与对磨材料之间加上中间介质，在施加一定的压力下，按一定的速度作相对运动，经过一定时间（或摩擦距离）后，测量其磨损量，根据磨损量大小来判断材料的耐磨性能。若在相同时间（或距离）内磨损量越大，表明材料的耐磨性越差。反之，则表明耐磨性越好。因此，研究磨损规律，提高材料耐磨性，对节约能源，延长机件寿命具有重要意义。

摩擦系数是摩擦副系统的综合特性，而不是材料本身的固有特性。在给出一种材料的摩擦系数时，必需同时给出得出该数值的条件和所用的测试设备。其主要影响因素有如下几个方面：

1. 表面膜：具有表面氧化膜的摩擦副，摩擦主要发生在膜层内。对于金属的摩擦来说，由于表面氧化膜的塑性和机械强度比金属材料差，在摩擦过程中，膜先被破坏，金属摩擦表面不易发生粘着，使摩擦系数降低，磨损减少。在金属摩擦表面涂覆软金属能有效地降低摩擦系数。

2. 材料性质：分子或原子结构相同或相近的两种材料互溶性大，互溶性较大的材料组成摩擦副，易发生粘着，摩擦系数增高；反之，分子或原子结构差别大则互溶性小，互溶性较小的材料组成摩擦副，不易发生粘着，摩擦系数一般都比较低。因此，在条件允许的

话，应尽可能选择金属与非金属(工程塑料、复合材料等)组成摩擦副。

3. 载荷：直接影响摩擦副的接触状态，在不同的接触状态下，摩擦副所表现出来的摩擦特性也就不一样一般情况下，摩擦系数将随载荷的增加而增大，当载荷足够大时越过一极大值，随着载荷的继续增大而摩擦系数趋于稳定或减小。

4. 滑动速度：摩擦系数随滑动速度增加而升高，越过一极大值后，又随滑动速度的增加而减少。滑动速度对摩擦系数的影响，主要是它引起温度的变化所至。滑动速度引起的发热和温度的变化，改变了摩擦表面层的性质和接触状况，因而摩擦系数必将随之变化。对温度不敏感的材料（如石墨），摩擦系数实际上几乎与滑动速度无关。

5. 温度：温度变化使摩擦副表面材料的性质发生改变,从而影响摩擦系数。

（１）对于大多数金属摩擦副而言，其摩擦系数均随温度的升高而降低，极少数（如金-金）的摩擦系数均随温度的升高而升高。

（２）对于散热性比较差的材料，特别是由热塑性工程塑料组成的摩擦副，开始摩擦系数将随着温度的升高而增大，当表面温度达到一定值，材料表面将被熔化。所以,一般工程塑料都只能在一定的温度范围内使用，超过这个温度范围，摩擦副材料将丧失其工作能力。

（３）对于金属与复合材料组成的摩擦副，其摩擦系数在一定的范围内受温度的影响较小，但是，当温度超过某一极限值时，摩擦系数将随温度的升高而显著下降。通常把这种现象称为材料的热衰退性。对于制动摩擦副，尤其应控制在热衰退的临界温度以下工作，以保证其具有足够的制动能力。

6. 表面粗糙度：当表面粗糙度值大于50 μm时，摩擦系数随着表面粗糙度值的减小而降低；当表面粗糙度值特别小，小于20 μm时，摩擦系数中的分子分量起主要作用，机械分量可以忽略不计，因此，摩擦系数随着表面粗糙度值的减小而增大；表面粗糙度值愈小，实际接触面积愈大，因而摩擦系数也就愈大；在一般情况下，即20 μm ＜Ra＜50 μm范围内，表面粗糙度对摩擦系数的影响不大。

MMS-2A磨损试验机由主机、电控箱、计算机测控系统组成。主机主要由铸造机座及位于机座左部的力矩测量部分，中部的下试样轴部分，右部的上试样轴部分、偏心轮轴部分和试验力施加与测量部分组成。

可做各种金属材料及非金属材料（尼龙、塑料等）在滑动摩擦、滚动摩擦、滚动滑动复合摩擦和间歇接触摩擦各种状态下的耐摩性能试验，并可模拟各种材料在不同的摩擦条件下进行湿摩擦、干摩擦以及磨料磨损等多种试验，可测定各种材料的摩擦系数。

该多功能摩擦磨损试验机具有计算机数据处理系统，可时实显示试验力、摩擦力矩、摩擦系数、试验时间等参数，并可记录试验过程中摩擦系数-时间等多种试验曲线。

三、设备及试样